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本知识点讲解了主动声纳信号的时间函数、频谱函数和模糊函数的概念和意义。


下一节:2.2.2 学习课件

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2.2.1 学习视频课程教案、知识点、字幕

下面我们一起来学习本次课的内容

本次课我们主要学习

主动声纳信号的描述

我们要想利用声纳信号进行设计处理及分析

首先要将信号描述出来

常用的信号描述方法包括

图像数学表达式等描述方法

信号的波形等属于图像描述方法

而利用数学表达式的信号描述方法

主要指的是信号的函数描述

本次课我们重点介绍

主动声纳常用的函数描述方法

主要包括时间函数频谱函数和模糊函数

下面首先看一下信号的时间函数

时间函数是我们接触比较多的一类函数

它是以时间为独立变量

反映信号的幅值随时间变化的关系

而主动声纳发射的信号通常是这样一类信号

其频谱的主要成分集中在载频附近某一频带内

也就是工作带宽B远远小于载频f0

我们将这样一类信号称为窄带信号

对于主动声纳所发射及处理的

窄带信号的时间函数的表达式

可表示成这样一个形式

其中t的取值在0到大T内

信号幅度随时间发生变化

而在其它时候信号幅度为0

大T称为脉冲宽度

f0是载波频率

a(t)称为幅度调制函数

φ(t)称为相位调制信号

幅度调制函数a(t)与载频f0相比

是时间的慢变函数

为便于分析及处理

窄带实信号还可以表示成复信号的形式

也就是实信号小s(t)

可以表示成复信号S(t)的实部

复信号大S(t)取非零时

可表示成a一把乘以ej2πf0t

ej2πf0t是载频信号

而a一把是复包络信号

复包络信号可表示成

幅度调制信号与相位调制信号的乘积

通过时间函数

还可以分析信号的瞬时频率

信号的瞬时频率是什么呢

信号的瞬时频率就是信号的相位函数的导数

等于载频f0+大F(t)

其中大F(t)称为频率调制信号

对于如图所示线性调频信号

其频率调制信号是一条直线

时间函数可以很直观的表现

发射信号随时间的变化特性

但是直接对它本身进行分析和处理都比较困难

特别是

目标特性分析目标识别等方面更加困难

例如左边的是女生声音的时域波形

右边是男生声音的时域波形

通过时间信号很难予以识别

为克服这种困难

常将一般的复杂信号展开成

各类便于分析处理的基本信号之和

或积分的形式

最常用的基信号是正弦函数

将信号分解成

一系列正弦函数和的形式的过程

我们知道就是傅里叶变换

由此得到的函数就是频谱函数

下面看一下信号的频谱函数

信号的频谱函数我们已经知道是

信号时间函数s(t)的傅里叶变换

频谱函数以频率f为独立变量

还可表示成复函数的形式

这个

S(f)的模称为信号的幅度谱

φ(f)称为信号的相位谱

这是由频谱函数得到的

一种简单信号的频谱图

大家看一下

通过频谱函数可以分析信号的频率结构

各频率成分的幅值相位关系等等

比如工作中心频率是多少工作带宽等

通常将信号幅度谱下降到

最大值的0707倍(-3dB)处的频带宽度

称为信号的带宽

通过信号频谱分析

我们可采取有针对性的设计

也更有益于挖掘目标的特性

进行目标的识别

最后

我们介绍最后一种

信号的描述方法

模糊函数

主动声纳发射的信号不包括任何目标的信息;

有关目标的信息是在发射信号碰到目标

并产生反射的过程中调制到发射信号上的

即目标的全部信息是由声纳的回波信号所携带

但不同发射信号对目标参数

例如距离速度等的探测能力是不一样的

而模糊函数能够很好的刻画

回波信号和发射信号之间的差别

定量描述发射信号对

目标距离及速度的分辨力测量精度

是对声纳信号进行分析研究

和波形设计的有效工具

信号s(t)的模糊函数是st乘以st加τ的共轭

乘以e-j2πξt积分后的绝对值

来大家看是这个公式

因此模糊函数的值是一个正实值

从模糊函数的定义中我们不难发现

模糊函数参量包括两个

一个是信号时延τ

信号时延τ与什么有关呢

与目标距离有关

另一个是信号频移ξ

信号的频移与目标的速度有关

何为信号的频移呢

我们将在下次课中介绍

模糊函数既包含时域参量又包括频域参量

因此模糊函数是对信号时频联合域的描述

本次课我们重点介绍了

主动声纳信号的三种描述方法

信号的时间函数

描述了信号的时域特性

信号的频谱函数

描述了信号的频域特性

而模糊函数则描述了信号的时频域联合特性

时间函数及频谱函数我们接触比较多

的两类信号描述方法

而对模糊函数接触比较少

所以下面几次课

我们将对模糊函数进行重点的介绍

本次课就介绍到这里谢谢再见

声纳技术课程列表:

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第一章 绪论

-学习本课程的参考书目和其它资源

-课程知识图谱

-1.1 从美人鱼看什么是声纳

--1.1.1 学习视频

--1.1.2 学习课件

--1.1.3 本节小测验

-1.2 声纳的发展简史

--1.2.1 学习视频

--1.2.2 学习课件

--1.2.3 本节小测验

-【院士论坛】李启虎:声呐技术助推海洋强国梦

-【必须要面对的问题】“纳”还是“呐”

-1.3 从一艘潜艇看声纳的分类

--1.3.1 学习视频

--1.3.2 学习课件

--1.3.3 本节小测验

-1.4 声纳方程

--1.4.1 学习视频

--1.4.2 学习课件

--1.4.3 本章小测验

--【学习小窍门】声纳参数的记忆方法

-【选学内容】声纳方程复习视频

-1.5 声纳系统的战术和技术指标

--1.5.1 学习视频

-教材电子版

-【讨论】声纳的应用和发展

-【拓展讨论】水下通信

-【好文分享】反水下作战技术发展浅析——科学总在不断进步中

第二章 主动声纳信号

-2.1 初识声纳信号

--2.1.1 学习视频

--2.1.2 学习课件

--2.1.3 本节小测验

--【讨论】声纳和雷达

-2.2 主动声纳信号的描述

--2.2.1 学习视频

--2.2.2 学习课件

--2.2.3 本节小测验

--【 补充资料】关于傅里叶变换的“神解释”

-2.3 从汽笛声看多普勒频移

--2.3.1 学习视频

--2.3.2 学习课件

--2.3.3 本节小测验

--【讨论】多普勒的应用

-2.4 从分辨力的角度看模糊函数

--2.4.1 学习视频

--2.4.2 学习课件

--2.4.3 本节小测验

-2.5 常用主动声纳信号之CW信号分析

--2.5.1 学习视频

--2.5.2 学习课件

--2.5.3本节小测验

-2.6 常用主动声纳信号之LFM信号分析

--2.6.1 学习视频

--2.6.2 学习课件

--2.6.3 本节小测验

-【补充讲解】双曲线调频信号

-教材电子版

-【学习资料】本章知识导图

-【人物故事】傅里叶的坎坷人生——坚持成就梦想

第三章 声纳定向技术

-3.1 振幅测向——最大值测向

--3.1.1 学习视频

--3.1.2 学习课件

--3.1.3 本节小测验

--【讨论】最大值测向的应用

-3.2 振幅测向——振幅差值法测向

--3.2.1 学习视频

--3.2.2 学习课件

--3.2.3 本节小测验

-3.3 相位法测向

--3.3.1 学习视频

--3.3.2 学习课件

--3.3.3 本节小测验

--【讨论】二元测向的应用

-3.4 相位法测向的多值性问题

--3.4.1 学习视频

--3.4.2 学习课件

--3.4.3 本节小测验

-教材电子版

第四章 声纳的波束形成技术

-4.1 从手电筒操作看波束形成的原理

--4.1.1 学习视频

--4.1.2 学习课件

--4.1.3 本节小测验

-4.2 加权和加档

--4.2.1 学习视频

--4.2.2 学习课件

--4.2.3 本节小测验

-4.3 直线单波束的指向性

--4.3.1 学习视频

--4.3.2 学习课件

--4.3.3 本节小测验

-4.4 直线多波束的相关问题

--4.4.1 学习视频

--4.4.2 学习课件

--4.4.3 本节小测验

-4.5 波束形成器

--4.5.1 学习视频

--4.5.2 学习课件

--4.5.3 本节小测验

--补充讲解-波束形成器

-教材电子版

-【补充学习资料】学员作业展示

-【网红小课堂】李永乐老师讲压电效应

-【看视频答问题】请解释一下视频中的问题答案

第五章 声纳测距技术

-5.1 测距导语

--5.1.1 学习视频

--5.1.2 学习课件

--5.1.3 本节小测验

-5.2 脉冲测距法

--5.2.1 学习视频

--5.2.2 学习课件

--5.2.3 本节小测验

--【讨论】长脉冲or短脉冲?

-5.3 调频信号测距法

--5.3.1 学习视频

--5.3.2 本节课件

--5.3.3 本节小测验

-5.4 调频信号测距法——动目标测距

--5.4.1 学习视频

--5.4.2 学习课件

--5.4.3 本节小测验

-5.5 潜艇侧面为什么有三个阵

--5.5.1 学习视频

--5.5.2 学习课件

--5.5.3 本节小测验

-【选学内容】5.6相位测距法

--5.1.1 学习视频

--5.6.2 学习课件

-教材电子版

第六章 声纳测速技术

-6.1 测速导语

--6.1.1 学习视频

--6.1.2 学习课件

--6.1.3 本节小测验

-6.2 矢量速度的测量

--6.2.1 学习视频

--6.2.2 学习课件

--6.2.3 本节小测验

--【讨论】位变率法的应用

-6.3 又见脉冲——脉冲测速法

--6.3.1 学习视频

--6.3.2 本节课件

--6.3.3 本节小测验

--补充讲解——三种测速方法对比

-6.4 目标多普勒测速法

--6.4.1 学习视频

--6.4.2 本节课件

--6.4.3 本节小测验

-6.5 本舰多普勒测速法——基本原理和发射波形

--6.5.1 学习视频

--6.5.2 本节课件

--6.5.3 本节小测验

-6.6 【选学内容】本舰多普勒测速法——误差分析

--6.6.1 学习视频

--6.6.3 本节小测验

--6.6.2 本节课件

-6.7 相关测速

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--6.7.3 本节小测验

-教材电子版

第七章 声纳信号的发送与接收

-7.1 声纳发射机

--7.1.1 学习视频

--7.1.2 学习课件

--7.1.3 本节小测验

-7.2 声纳接收机

--7.2.1 学习视频

--7.2.2 学习课件

--7.2.3 本节小测验

-7.3 设备会说谎吗?

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--7.3.2 学习课件

--7.3.3 本节小测验

-7.4 相控发射

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--7.4.2 学习课件

--7.4.3 本节小测验

--【讨论】相控雷达和相控声纳

-【选学内容】7.5 匹配滤波器的原理

--7.5.1 学习视频

--7.5.2 学习课件

-【选学内容】7.6 主动声纳信号的匹配滤波

--7.6.1 学习视频

--7.6.2 学习课件

-教材电子版——声纳信号的发射与接收部分

-教材电子版——声纳信号处理部分

第八章 航空声纳系统

-8.1 航空声纳浮标系统

--8.1.1 学习视频

--8.1.2 学习课件

--8.1.3 本节小测验

--【装备发展】——美国声纳浮标装备的前世今生

-8.2 航空吊放声纳系统

--8.2.1 学习视频

--8.2.2 学习课件

--8.2.3 本节小测验

-【好文分享】直-9反潜直升机及发展

-【拓展讨论】航空反潜的手段

说出你的想法

-思政讨论:“无暇号”和中国渔船

视频资料分享与学生视频介绍展示

-视频1——声纳浮标的工作过程

-视频2——二战反潜

-视频3——P-8A介绍

-向自己的家人介绍声纳系统——小猪佩奇版

-向自己的家长介绍声纳系统——萌宠提问版

-向自己的家人介绍声纳系统——亲子感动版

-向自己的家人介绍声纳系统——家有乌龟版

-向自己的家人介绍声纳系统——人工智能对话版

-向自己的家人介绍声纳系统——妈妈给我当学生

期末考试

-期末考试

2.2.1 学习视频笔记与讨论

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